陳檸 孫琳 申阿東 何秋水

卡介苗(bacillus Calmette-Guérin)是最早研發(fā)的疫苗之一。1908年，法國(guó)科學(xué)家Albert Calmette和Camille Guérin將有毒的牛分枝桿菌培養(yǎng)于含膽汁、甘油、馬鈴薯等的培養(yǎng)基中，經(jīng)過(guò)13年230次傳代而獲得的減毒活疫苗株，卡介苗由此誕生[1]。自1921年開始使用以來(lái)，截至目前，全球約有80%的國(guó)家將卡介苗列入國(guó)家計(jì)劃免疫疫苗，累計(jì)接種40億人，對(duì)于降低全球肺結(jié)核的發(fā)生起著至關(guān)重要的作用[2-3]。

自卡介苗開始使用后不久，一項(xiàng)在英國(guó)和美國(guó)開展的持續(xù)13年(1948—1961年)的臨床隨機(jī)試驗(yàn)表明，卡介苗接種可以降低兒童死亡率[4]。一項(xiàng)在西非進(jìn)行的研究表明，12月齡兒童有卡介苗卡痕者的死亡率是沒(méi)有卡痕者的41%，接種卡介苗可以將兒童感染性疾病的致死率降低43%[5]。卡介苗降低兒童死亡率的現(xiàn)象可能與卡介苗接種后能減少其他病原感染相關(guān)。近些年來(lái)，也有越來(lái)越多的研究表明，包括卡介苗在內(nèi)的很多疫苗，除了對(duì)特定的病原體感染能起到保護(hù)作用外，對(duì)其他不相關(guān)的病原體感染也存在一定的保護(hù)作用，這被稱為非特異性保護(hù)作用(non-specific protective effect)[6]。近期一項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，卡介苗接種可以降低5歲以下兒童瘧疾的發(fā)病率[7]?？ń槊缑庖忒煼ㄊ禽o助治療非肌肉侵入性膀胱癌的有效方法，雖然其機(jī)制尚不明確，但研究認(rèn)為卡介苗誘導(dǎo)的非特異性保護(hù)作用是其中重要的一方面[3, 8]。除此之外，卡介苗可以降低白血病、肺癌等癌癥發(fā)病的風(fēng)險(xiǎn)，也有動(dòng)物實(shí)驗(yàn)表明，接種卡介苗可以減少糖尿病和阿爾茲海默癥的發(fā)生[9-12]。筆者將著重對(duì)卡介苗對(duì)其他傳染病的保護(hù)作用進(jìn)行綜述。

一、卡介苗對(duì)其他細(xì)菌感染的非特異性保護(hù)

卡介苗能誘導(dǎo)產(chǎn)生兩類免疫反應(yīng)，一類是基于抗原特異性的免疫反應(yīng)，使其可以預(yù)防肺結(jié)核和非結(jié)核分枝桿菌(non-tuberculous mycobacteria，NTM)感染，另一類是依賴于細(xì)胞編程的“受訓(xùn)免疫(trained immunity)”，使其對(duì)肺結(jié)核以外的其他感染有一定預(yù)防作用[13]?？ń榫cNTM有相同或相似的抗原表位，所以卡介苗可能對(duì)NTM感染發(fā)揮著交叉保護(hù)作用[14]。已報(bào)道的與卡介苗有交叉保護(hù)作用的傳染病包括麻風(fēng)病、布魯里潰瘍等[3]。

(一)麻風(fēng)病

麻風(fēng)病由麻風(fēng)分枝桿菌引起，經(jīng)空氣傳播，主要損傷皮膚、外周神經(jīng)、上呼吸道黏膜和眼睛，若不及時(shí)治療將會(huì)對(duì)上述部位產(chǎn)生永久性損傷。根據(jù)WHO[15]統(tǒng)計(jì)，僅2018年，6個(gè) WHO劃分區(qū)域的159個(gè)國(guó)家共增加208 619例麻風(fēng)病患者，患病率約為2/100 000。

關(guān)于卡介苗對(duì)麻風(fēng)病的交叉保護(hù)作用，早在1939年就已被報(bào)道，自20世紀(jì)60年代開始的一些研究對(duì)麻風(fēng)病的保護(hù)效果進(jìn)行了比較系統(tǒng)的評(píng)估或隨機(jī)臨床對(duì)照試驗(yàn)[16]，發(fā)現(xiàn)保護(hù)效果在20%～90%之間，這種差異可能與研究區(qū)域、人群、患者例數(shù)、疫苗菌株等不同有關(guān)(表1)。但總體來(lái)說(shuō)，卡介苗對(duì)麻風(fēng)病有一定的交叉保護(hù)作用。鑒于目前沒(méi)有專門用于預(yù)防麻風(fēng)病的疫苗，接種卡介苗是目前預(yù)防麻風(fēng)病最有效的方法。WHO基于前期研究結(jié)果，建議在麻風(fēng)病高發(fā)區(qū)域，在嬰兒出生時(shí)就接種卡介苗[17]。對(duì)于不同卡介苗接種次數(shù)對(duì)麻風(fēng)病的保護(hù)效果，研究結(jié)論也不太一致。最近的一項(xiàng)研究表明，與不接種卡介苗相比，接種兩劑卡介苗對(duì)于麻風(fēng)病患者家庭密切接觸者感染麻風(fēng)病有明顯的保護(hù)作用，并且能夠明顯延長(zhǎng)麻風(fēng)病患者發(fā)病后的存活時(shí)間[18]。前期也有研究發(fā)現(xiàn)，接種兩劑卡介苗對(duì)于麻風(fēng)病的保護(hù)效果高于僅接種一劑，建議考慮在麻風(fēng)病高發(fā)區(qū)域?yàn)槁轱L(fēng)病患者密切接觸者增加接種一劑卡介苗[16]。但是也有研究發(fā)現(xiàn)，為學(xué)齡兒童接種第二劑卡介苗對(duì)于預(yù)防麻風(fēng)病并沒(méi)有明顯的作用[19]。

表1 卡介苗對(duì)麻風(fēng)病非特異性保護(hù)的相關(guān)研究

(二)布魯里潰瘍

布魯里潰瘍(Buruli ulcer)是由潰瘍分枝桿菌引起的一種慢性皮膚病，初期以皮膚丘疹、水腫為主要表現(xiàn)，最終發(fā)展為大面積的皮膚潰爛[36]。目前預(yù)防布魯里潰瘍除了在疫區(qū)減少高危行為(游泳、捕魚等)，卡介苗也表現(xiàn)出一定的保護(hù)作用，但是各個(gè)研究的結(jié)論存在差異。早在1969年發(fā)表的一篇在烏干達(dá)進(jìn)行的研究表明，卡介苗對(duì)布魯里潰瘍的保護(hù)率在布魯里潰瘍高發(fā)區(qū)域?yàn)?8%，在布魯里潰瘍低發(fā)區(qū)域?yàn)?4%[37]。因此認(rèn)為，卡介苗對(duì)降低布魯里潰瘍的發(fā)病率有一定作用。但是，2010—2013年在剛果、加納、多哥3個(gè)國(guó)家進(jìn)行的一項(xiàng)病例對(duì)照研究發(fā)現(xiàn)，卡介苗對(duì)布魯里潰瘍的發(fā)生或嚴(yán)重程度沒(méi)有明顯的保護(hù)作用[38]。鑒于目前沒(méi)有完全有效的預(yù)防措施，WHO最新的卡介苗疫苗立場(chǎng)文件中建議在布魯里潰瘍高發(fā)區(qū)域考慮接種卡介苗[17]。

二、卡介苗對(duì)病毒感染的非特異性保護(hù)

關(guān)于卡介苗對(duì)病毒感染的非特異性保護(hù)研究較少，目前已報(bào)道的包括呼吸道合胞病毒、單純皰疹病毒、流感病毒、黃熱病毒和人乳頭瘤病毒等(表2)。其中Stensballe等[39]對(duì)比呼吸道合胞病毒患兒和健康兒童卡介苗接種情況，發(fā)現(xiàn)呼吸道合胞病毒患兒未接種比例高于健康兒童，Arts等[40]發(fā)現(xiàn)，接種卡介苗可以降低黃熱病毒疫苗接種后的病毒血癥。其他還有一些研究是將卡介苗用于病毒性感染疾病的治療，如Hippmann等[41]研究發(fā)現(xiàn)，卡介苗可以在短期內(nèi)促進(jìn)單純皰疹病毒的清除，Podder等[42]發(fā)現(xiàn)，接種卡介苗可以有效治療人乳頭瘤病毒引起的疣。上述研究結(jié)果表明，卡介苗可以在一定程度上預(yù)防某些病毒感染或提高某些病毒性感染疾病的治療反應(yīng)。但是有些研究患者例數(shù)較少，不能有效代表群體的水平，如2015年一項(xiàng)關(guān)于流感病毒的研究中，卡介苗接種組和安慰劑接種組均為20例，2016年關(guān)于人乳頭瘤病毒的病例系列報(bào)告僅為7例[43-44]。

對(duì)于目前在全球肆虐流行的新型冠狀病毒肺炎(corona virus disease 2019，COVID-19)病毒，荷蘭、英國(guó)、德國(guó)和澳大利亞4個(gè)國(guó)家將于近期啟動(dòng)一項(xiàng)臨床試驗(yàn)，試圖證明卡介苗對(duì)其是否有預(yù)防保護(hù)作用[45]。Curtis等[46]認(rèn)為接種卡介苗可能可以降低COVID-19暴露后的病毒血癥，從而減輕其癥狀并促進(jìn)其康復(fù)，而Hamiel等[47]研究了以色列COVID-19病毒PCR陽(yáng)性患者中卡介苗接種情況，認(rèn)為卡介苗不能有效保護(hù)COVID-19的感染。由于目前缺少足夠的臨床研究結(jié)果，WHO表示不推薦卡介苗用于COVID-19的預(yù)防保護(hù)[48]。

三、相關(guān)機(jī)制研究

(一)異源性T細(xì)胞免疫

不相關(guān)的疫苗或病原體可能會(huì)存在相似的抗原表位，T細(xì)胞會(huì)識(shí)別結(jié)構(gòu)相似的抗原表位，由此造成的異源性T細(xì)胞免疫是卡介苗對(duì)其他病原體的非特異性保護(hù)作用的機(jī)制之一[6, 50]。甚至有研究表明，氨基酸序列不同的表位生物化學(xué)特性可能很相似，T細(xì)胞可以識(shí)別氨基酸序列明顯不同的T細(xì)胞表位[6]。這可以在一定程度上說(shuō)明卡介苗的非特異性保護(hù)作用，但很難完全解釋其有如此廣泛的非特異性保護(hù)現(xiàn)象。

表2 卡介苗對(duì)病毒非特異性保護(hù)的相關(guān)研究

Kleinnijenhuis等[51]認(rèn)為，卡介苗長(zhǎng)期的非特異性保護(hù)作用主要是由于長(zhǎng)期的輔助性T細(xì)胞1(Th1細(xì)胞)和Th17細(xì)胞效應(yīng)作用，在卡介苗接種前和卡介苗接種1年后分別采集外周血淋巴細(xì)胞，分別用結(jié)核分枝桿菌、白色假絲酵母和金黃色葡萄球菌進(jìn)行刺激，發(fā)現(xiàn)Th1細(xì)胞因子和Th17細(xì)胞因子有明顯增加，說(shuō)明長(zhǎng)期的卡介苗非特異性保護(hù)作用在一定程度上依賴于異源性Th1/Th17反應(yīng)。Ugolini等[52]發(fā)現(xiàn)卡介苗可以激活Toll樣受體8(TLR8)，產(chǎn)生白細(xì)胞介素(IL)-12 p40，從而影響下游濾泡輔助性T細(xì)胞(Tfh)反應(yīng)，但是熱滅活的卡介苗不能達(dá)到同樣的效果。該研究為了證實(shí)TLR8在卡介苗的非特異性保護(hù)作用中是否發(fā)揮作用，在人群中進(jìn)行了TLR8基因多態(tài)性的流行病學(xué)調(diào)查，發(fā)現(xiàn)rs3764880位點(diǎn)G等位基因(將啟動(dòng)子ATG變?yōu)镚TG)在健康對(duì)照中的比例明顯高于肺結(jié)核患者，且這種差異僅存于卡介苗接種的人群中，這說(shuō)明該等位基因G能夠提升卡介苗接種帶來(lái)的保護(hù)作用，同時(shí)也表明在卡介苗接種后TLR8在促進(jìn)Tfh細(xì)胞反應(yīng)過(guò)程中發(fā)揮了重要作用。另外，也有研究者對(duì)接種卡介苗和未接種卡介苗的兒童進(jìn)行研究，比較兩組兒童接種其他疫苗后的抗體反應(yīng)，發(fā)現(xiàn)接種卡介苗組再接種其他疫苗，其抗體濃度明顯高于未接種卡介苗直接接種其他疫苗組，說(shuō)明卡介苗可以促進(jìn)其他疫苗接種后的體液免疫反應(yīng)[53]。

(二)受訓(xùn)免疫

一般認(rèn)為只有適應(yīng)性免疫反應(yīng)可以建立免疫記憶，但是越來(lái)越多的研究表明，在初次感染或接種疫苗后，固有免疫細(xì)胞在病原體再次入侵時(shí)可以迅速產(chǎn)生炎癥因子，促進(jìn)清除感染，這被稱為“受訓(xùn)免疫”[54]。

為了證實(shí)卡介苗引起的受訓(xùn)免疫是否依賴于適應(yīng)性免疫系統(tǒng)，有研究用缺乏B細(xì)胞和T細(xì)胞的嚴(yán)重聯(lián)合免疫缺陷(SCID)小鼠進(jìn)行試驗(yàn)，在接種卡介苗2周后用白色假絲酵母進(jìn)行攻擊，結(jié)果發(fā)現(xiàn)卡介苗接種的SCID小鼠的存活率明顯高于生理鹽水對(duì)照組，這說(shuō)明卡介苗引起的非特異性保護(hù)作用并不依賴于B細(xì)胞和T細(xì)胞[55]。Arts等[40]進(jìn)行的一項(xiàng)關(guān)于卡介苗對(duì)黃熱病毒疫苗影響的研究發(fā)現(xiàn)，接種卡介苗可以激活單核細(xì)胞并產(chǎn)生IL-1β，從而降低黃熱病毒疫苗接種后的病毒血癥，該結(jié)果也支持了卡介苗可以引發(fā)固有免疫系統(tǒng)的受訓(xùn)免疫。

一些研究認(rèn)為，卡介苗接種后單核細(xì)胞表型發(fā)生了變化。Bekkering等[56]在細(xì)胞水平建立了研究受訓(xùn)免疫的方法，在該研究中首先用卡介苗刺激單核細(xì)胞進(jìn)行“訓(xùn)練”，再用脂多糖等刺激后檢測(cè)細(xì)胞因子水平，發(fā)現(xiàn)IL-10和IL-1Ra均有一定程度的升高。Loenhout等[55]在接種卡介苗后的2周和3個(gè)月分別收集血液中的單核細(xì)胞，發(fā)現(xiàn)用NTM或其他不相關(guān)的病原體(金黃色葡糖球菌和白色假絲酵母)進(jìn)行刺激，IL-1β和腫瘤壞死因子-α(TNF-α)的水平均會(huì)明顯升高，且兩個(gè)時(shí)間點(diǎn)采集的單核細(xì)胞中CD14+單核細(xì)胞均增加，且表達(dá)TLR4的CD14+單核細(xì)胞的比例明顯升高，說(shuō)明接種卡介苗會(huì)引起單核細(xì)胞的表型改變，同時(shí)伴有強(qiáng)烈的促炎反應(yīng)。但是這種改變?cè)诮臃N后1年開始下降[51]。近期也有研究發(fā)現(xiàn)，卡介苗在骨髓細(xì)胞生成的早期發(fā)揮作用，并影響造血干細(xì)胞分化成單核細(xì)胞和巨噬細(xì)胞的表型，通過(guò)調(diào)節(jié)造血干細(xì)胞進(jìn)行受訓(xùn)免疫也可能是卡介苗非特異性保護(hù)的原因[57-58]。

另外，表觀遺傳修飾和代謝驅(qū)動(dòng)也是受訓(xùn)免疫形成的原因。Loenhout等[55]發(fā)現(xiàn)在接種卡介苗后3個(gè)月，與接種前相比，單核細(xì)胞中H3組蛋白第4位賴氨酸(histone H3 at lysine 4，H3K4)的三甲基化明顯升高，從而提高IL-1β和TNF-α基因的轉(zhuǎn)錄水平，這也是接種卡介苗后受訓(xùn)免疫形成的原因之一。另外一項(xiàng)研究也發(fā)現(xiàn)，上述H3K4表觀遺傳修飾是由代謝改變?cè)斐傻?，在接種卡介苗后，單核細(xì)胞中糖酵解明顯上調(diào)，谷氨酰胺代謝輕微上調(diào)，這些代謝改變影響了組蛋白H3K4的三甲基化和H3組蛋白第9位賴氨酸(histone H3 at lysine 9，H3K9)的三甲基化[59]。

綜上所述，卡介苗的非特異性保護(hù)作用非常廣泛，不僅可以減少其他NTM和病毒的感染，也可以優(yōu)化其他疫苗接種的免疫反應(yīng)[45-46]。卡介苗廣泛的非特異性保護(hù)作用也提示，任何國(guó)家或地區(qū)在決定終止大規(guī)模接種卡介苗，或用新的疫苗取代卡介苗時(shí)，應(yīng)將卡介苗的非特異性保護(hù)作用考慮在內(nèi)。目前，關(guān)于卡介苗的非特異性保護(hù)機(jī)制尚不明確，受訓(xùn)免疫和異源性T細(xì)胞免疫可能分別是卡介苗的短期和長(zhǎng)期非特異性保護(hù)作用的原因之一[51]。由于卡介苗對(duì)其他一些不相關(guān)的病原體產(chǎn)生非特異性保護(hù)的同時(shí)也會(huì)存在一些不良反應(yīng)[44]，因此在利用其非特異性保護(hù)作用的過(guò)程中應(yīng)在其發(fā)揮的作用和不良反應(yīng)之間做出平衡。自新中國(guó)成立以來(lái)，卡介苗在我國(guó)廣泛應(yīng)用，有效降低了結(jié)核病的發(fā)病率。但其對(duì)中國(guó)其他細(xì)菌和病毒感染的間接預(yù)防保護(hù)效果有待進(jìn)一步探索。